物聯網發展階段及其關鍵技術

黃曉巧 楊彥青

1許昌學院公共實驗中心 河南 461000 2張家口職業技術學院宣傳統戰處 河北 075000

0 前言

“物聯”是繼計算機、互聯網之后世界信息革命的第三浪潮。一方面，物聯網可以提高經濟效益，大大節約成本；另一方面，物聯網又可以推動經濟技術的研發。現在全球各個國家都在爭先恐后對物聯網進行研究和開發，希望在這個領域取得話語權。

1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》一書中曾經提及物聯網的概念。不過，“物聯網”概念的真正提出是由麻省理工學院Kevin Ashton在1999年提出的，“物聯網”被定義為：把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。2005年，國際電信聯盟(ITU)發布了一份題為《The Internet of things》的年度報告，正式將“物聯網”稱為“the Internet of Things”。

1 物聯網發展階段

物聯網從無到有，再到發展壯大都需要經過一定的歷史時期。物聯網一般要經歷下面幾個階段。

(1) 物聯網為孤島方式

這個階段是物聯網的起始階段，物聯網是傳感網，不接入互聯網。主要進行實驗以及為了某種特殊用途而建立起來的傳感網。物聯網是傳感網，只是給人們生活的環境中的物體安裝傳感器，這些傳感器可以很好地幫助我們認識環境，這個傳感網不接入互聯網，例如上海浦東機場的傳感器網絡。其本身并不接入互聯網，卻號稱是中國第一個物聯網。物聯網與互聯網是相對獨立的兩個網絡。

(2) 物聯網與互聯網相互融合

物聯網研究與開發不斷向前推進，物聯網不再是全新的網絡，不再是獨立的網絡，它要借助于互聯網的優勢來發展自己，互聯網畢竟發展到今天依然這么興盛，而且還再不斷的狀大中，這和互聯網本身的功能、技術是分不開的。物聯網也可以認為是互聯網發展的自然延伸和擴張，是互聯網的一部分。互聯網是可以包容一切的網絡，將會有更多的物品加入到這個網絡中，也就是說，物聯網是包含互聯網之中的。

(3) 物聯網是泛在網絡

隨著物聯網技術的成熟以及各方面的標準的出臺，未來的互聯網將會是物聯網的一部分。人，物品隨時隨地都被身邊的物聯網所包圍，人可以隨時隨地與想要進行信息交流的人或物進行信息交換。這個階段的物聯網就是泛在網絡。泛在網即為物聯網和互聯網發展的終極目標---人類可以隨時、隨地，使用任何網絡，聯系任何的人或物，達到信息的交互的自由。

2 物聯網的工作原理

物聯網由 EPC(產品電子代碼)標簽、解讀器、分布式Savant軟件系統、Internet、ONS(Object Naming Service)服務器、PML(Physical Markup Language)服務器以及眾多數據庫組成。各部分之間分工合作，通過傳送、感應、管理等過程，實現物與物之間的感知，因此，物聯網又稱傳感網。

2.1 概念

EPC編碼是由一個標頭和另外三段數據組成的一組數字，這三段數據依次為廠商識別代碼、對象分類代碼以及序列號。

解讀器是使用多種方式與標簽交換信息的設備，主要負責將接收到的射頻信息轉換為相應的數據信息。

分布式Savant軟件系統是處于解讀器與Internet之間的中間件。解讀器把傳感器和電子標簽的信息讀取出來，送到Savant，數據經過Savant處理后，傳送到Internet。

所謂ONS，是指對象名稱解析服務，是一種全球查詢服務，可以將EPC編碼轉換成一個或多個Intemet地址，從而為Savant系統指明如何找到此編碼對應的貨品的詳細信息。

所謂 PML，是指物理標記語言。PML服務器是提供與ID相關聯信息的服務器，其主要存儲的內容有：每個生產商產品的原始信息，如產品EPC、產品名稱、產品種類、生產廠商、產地、生產日期、有效期、是否是復雜產品，主要成分等；產品在供應鏈中的路徑信息，如單位角色、單位名稱、倉庫號、讀寫器號、時間、城市、解讀器用途以及時間等庫存信息。

2.2 工作原理

如圖1所示，首先，解讀器通過射頻信號讀取EPC標簽中的信息，得到一連串EPC數據，并且將其傳入分布式Savant軟件系統。Savant具有數據平滑、數據校驗以及數據暫存等功能，由Savant將相應EPC信息傳給ONS服務器，找到該EPC對應的IP地址，然后ONS服務器指示Savant到一個保存著產品文件的 PML服務器查找相關的物品信息，找到的相應文件信息可以由Savant復制，經過Savant處理后，將其傳送到Internet，從而相應文件中的產品信息就能夠傳送到供應鏈上。

圖1 物聯網信息傳感圖

3 物聯網的關鍵技術

3.1 無線射頻識別技術RFID

無線射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)，一種非接觸式的自動識別技術。它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關的數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID是一種簡單的無線系統，用于控制、檢測和跟蹤物體。RFID系統一般由閱讀器、應答器(標簽)和應用系統三部分組成。

RFID技術的基本工作原理：當標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(即Savant系統)進行有關數據的處理。

3.2 智能嵌入式技術

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、對可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是以軟硬件一體的，以軟件為主。它一般由以下幾部分組成：嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。

嵌入式技術是在 Internet的基礎上產生和發展起來的。智能嵌入式技術目前主要應用于信息家電，在家庭智能管理、交通管理、環境工程與自然、電子商務等方面都得到了長足的發展。智能嵌入式技術應用前景非常廣闊，在物聯網中應用也會越來越廣泛，就像RFID技術。

3.3 傳感器與無線傳感器網絡

(1) 傳感器

人類通過身體的感覺器官來獲取外部信息，傳感器就是人類感覺器官的延伸。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

(2) 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)是集分布式信息采集、信息傳輸和信息處理技術于一體的網絡信息系統。以其低成本、微型化、低功耗和靈活的組網方式、鋪設方式以及適合移動目標等特點受到廣泛關注。

無線傳感器網絡是一系列傳感器節點構成的網絡，能夠實時地監測、感知和采集節點部署區的觀察者感興趣的感知對象的各種信息，如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等。傳感器網絡節點為一個微型化的嵌入式系統，構成了無線傳感器網絡的基礎層技術平臺。

4 總結

物聯網就其發展過程要經歷物聯網為孤島方階段、物聯網與互聯網相互融合階段以及物聯網的泛在階段。物聯網由EPC標簽、解讀器、分布式Savant系統、Internet、ONS服務器、PML服務器以及眾多的數據庫之間協同工作，實現物與物之間的信息交換以及物與人之間的信息互換。物聯網方面的技術很多，關鍵技術主要有 RFID、智能嵌入式技術和傳感器等。當然，物聯網大規模商用還沒有實現，原因很多，如標準的制定需要一定的時間，物聯網的安全問題也要考慮，還需要國家出臺相應的政策激勵物聯網的研發。

[1]AKYILDIZ IF,WANG X.Survey on Wireless Mesh Networks[J].IEEE Communications Magazine.2005.

[2]物聯網及其發展概述[ES/OL].http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=6380.

[3]物聯網關鍵技術和應用[ES/OL].http://wireless.people.com.cn/GB/10422251.html.

[4]應福.物聯網技術與應用[J].通信與信息技術.2010.